KR20220073318A - Counterfactually implemeting universal logic gate and calculate method using the same - Google Patents

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KR20220073318A
KR20220073318A KR1020200161281A KR20200161281A KR20220073318A KR 20220073318 A KR20220073318 A KR 20220073318A KR 1020200161281 A KR1020200161281 A KR 1020200161281A KR 20200161281 A KR20200161281 A KR 20200161281A KR 20220073318 A KR20220073318 A KR 20220073318A
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Abstract

본 발명은 반사실적 범용 논리 게이트 및 이를 이용한 연산 방법에 관한 것으로, 복수개의 큐비트 상태들을 입력하는 큐비트 상태 입력부, 상기 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수하는 양자 흡수부, 상기 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트부에 매칭시키는 논리 매칭부 및 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 산출하는 반사질적 논리 게이트부를 포함할 수 있다.The present invention relates to a semi-realistic general-purpose logic gate and an operation method using the same, a qubit state input unit for inputting a plurality of qubit states, and quantum absorption for absorbing the qubit states to transfer the qubit states to a quantum channel It may include a logic matching unit that interprets the state of the qubit input to the quantum channel in order to match the state of the quasi-real logic gate, and a reflective logic gate unit that calculates a result value corresponding to the state of the qubit. have.

Description

반사실적 범용 논리 게이트 및 이를 이용한 연산 방법{COUNTERFACTUALLY IMPLEMETING UNIVERSAL LOGIC GATE AND CALCULATE METHOD USING THE SAME}Counterfactual general purpose logic gate and calculation method using the same

본 발명은 반사실적 범용 논리 게이트 및 방법에 관한 것으로, 기존의 반사실적 범용 논리 게이트에 비해서 단순화된 회로 구조 및 더 정확한 결과를 계산할 수 있는 반사실적 범용 논리 게이트 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a semi-realistic general-purpose logic gate and method, and an object of the present invention is to provide a semi-realistic general-purpose logic gate and method capable of calculating a more accurate result and a simplified circuit structure compared to a conventional semi-realistic general-purpose logic gate.

양자 정보는 다양한 양자 역학 시스템(quantum mechanical system) 중 임의의 것에 저장될 수도 있다. 종래에, 양자 정보는, 통상적으로 2 상태 양자 역학 시스템(two-state quantum mechanical system)인, 큐비트(qubit)로 칭해지는 양자 비트를 사용하여 저장될 수도 있다.Quantum information may be stored in any of a variety of quantum mechanical systems. Conventionally, quantum information may be stored using quantum bits called qubits, typically two-state quantum mechanical systems.

양자 시스템의 양자 상태를 준비하고 제어하는 능력은 양자 정보 프로세싱에서 매우 중요한 것이다. 고전적인 컴퓨터에서, 게이트는 부울함수에 의해서 결정되었었다.The ability to prepare and control the quantum state of a quantum system is very important in quantum information processing. In classical computers, gates were determined by a Boolean function.

이와 같은 게이트를 반사실적 범용 논리 게이트를 통해서 구현할 수 있는데, 기존의 기술의 경우 회로 구조가 복잡하다는 문제점이 있었다.Such a gate can be implemented through a semi-realistic general-purpose logic gate, but the conventional technology has a problem in that the circuit structure is complicated.

한국공개특허 제10-2018-0104005(2018.09.19)호는 2-큐비트 양자 상태의 조작을 위한 기술 및 관련 시스템 및 방법에 관한 것으로, 제1 양자 역학 발진기(quantum mechanical oscillator)에 분산적으로 커플링되고 제2 양자 역학 발진기에 분산적으로 커플링되는 다중 레벨 양자 시스템을 포함하는 시스템을 동작시키는 방법으로서, 제1 구동 파형을 상기 다중 레벨 양자 시스템에 인가하는 단계; 하나 이상의 제2 구동 파형을 상기 제1 양자 역학 발진기에 인가하는 단계; 및 하나 이상의 제3 구동 파형을 상기 제2 양자 역학 발진기에 인가하는 단계를 포함한다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2018-0104005 (2018.09.19) relates to a technology and related systems and methods for manipulating a 2-qubit quantum state, and is distributed in a first quantum mechanical oscillator. A method of operating a system comprising a multi-level quantum system coupled and distributively coupled to a second quantum mechanical oscillator, the method comprising: applying a first drive waveform to the multi-level quantum system; applying one or more second drive waveforms to the first quantum mechanical oscillator; and applying one or more third drive waveforms to the second quantum mechanical oscillator.

한국공개특허 제10-2009-0127495(2009.12.14)호는 다중 양자비트 논리게이트에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, SOI(SOI: Silicon On Insulator)기판의 위층실리콘층(top-Si)에 소오스, 드레인을 연결하는 수십 나노미터이하 선폭 및 길이의 이중양자점이 형성될 전도채널 및 이와 수직방향인 다중 측면게이트들을 이격거리 수십 나노미터 이하로 형성하는 단계와, 다중양자점을 제외한 나머지 부분을 도핑하는 단계, 이후 게이트 산화막을 형성한 다음, 전도채널에 이차원 전자개스층을 유발하는 제어게이트를 형성하는 단계 및 통상적인 금속화 공정을 포함하여 이루어진 것이다. 이러한 구조 및 제조방법을 통해서 완성된 소자의 핵심적인 동작에 있어서의 특징은 자기장 혹은 전기장 펄스하의 두 개의 커플링된 이중양자점내 2개전자의 스핀으로 구성된 시스템 내부 전자들의 스핀 기저상태 및 들뜬 스핀 고유상태간의 뒤얽힘(Entanglement)현상 및 스핀 Singlet-Triplet 천이현상을 이용하여 원하는 바, 양자전산을 수행할 수 있도록 고안된 소자이다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2009-0127495 (2009.12.14) relates to a multi-quantum bit logic gate, and more specifically, it is applied to the upper silicon layer (top-Si) of a SOI (Silicon On Insulator) substrate. Forming a conduction channel in which a double quantum dot with a line width and length of tens of nanometers or less connecting the source and drain is to be formed and multiple side gates in a vertical direction therewith with a separation distance of tens of nanometers or less, and doping the rest except for the multiple quantum dots After forming a gate oxide film, a control gate for inducing a two-dimensional electron gas layer in the conduction channel is formed, and a conventional metallization process is included. The characteristics of the core operation of the device completed through this structure and manufacturing method are the spin ground state and excited spin of electrons in the system composed of the spin of two electrons in two coupled double quantum dots under magnetic or electric field pulses. It is a device designed to perform quantum computation as desired by using the entanglement phenomenon between states and the spin singlet-triplet transition phenomenon.

한국공개특허 제10-2018-0104005(2018.09.19)호Korean Patent Publication No. 10-2018-0104005 (2018.09.19) 한국공개특허 제10-2009-0127495(2009.12.14)호Korean Patent Publication No. 10-2009-0127495 (2009.12.14)

본 발명의 일 실시예는 반사실적 논리 게이트를 통해서 입자의 교환 없이 논리 게이트를 구현할 수 있는 반사실적 범용 논리 게이트 및 이를 이용한 연산 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a semi-realistic general-purpose logic gate capable of realizing a logic gate without exchanging particles through the semi-realistic logic gate, and an operation method using the same.

본 발명의 일 실시예는 기존의 반사실적 논리 게이트 보다 회로 구성에서 복잡성을 제거한 반사실적 범용 논리 게이트 및 이를 이용한 연산 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a semi-realistic general-purpose logic gate in which complexity is removed from a circuit configuration compared to a conventional semi-realistic logic gate, and an operation method using the same.

실시예들 중에서, 반사실적 범용 논리 게이트는 복수개의 큐비트 상태들을 입력하는 큐비트 상태 입력부, 상기 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수하는 양자 흡수부, 상기 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트부에 매칭시키는 논리 매칭부 및 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 산출하는 반사질적 논리 게이트부를 포함할 수 있다.In embodiments, the semi-realistic general-purpose logic gate includes a qubit state input for inputting a plurality of qubit states, a quantum absorber for absorbing the qubit state to transfer the qubit states to a quantum channel, and a quantum channel to the quantum channel. It may include a logic matching unit that interprets the input state of the qubit in order to match the state of the reflective logic gate, and a reflective logic gate unit that calculates a result value corresponding to the state of the qubit.

상기 복수개의 큐비트 상태들은, 독립적이고 이산적으로 정의되고, 상기 반사질적 논리 게이트부의 분극화된 입자가 입력됨에 따라 상기 양자 흡수부에 입력될 수 있다.The plurality of qubit states may be independently and discretely defined, and may be input to the quantum absorption unit as the polarized particles of the reflective logic gate unit are input.

상기 큐비트 상태 입력부는, 외부 싸이클 및 내부 싸이클 순서로 상기 큐비트 상태를 입력하고 상기 내부 싸이클의 횟수가 상기 외부 싸이클의 횟수보다 클 수 있다.The qubit state input unit may input the qubit state in the order of an external cycle and an internal cycle, and the number of internal cycles may be greater than the number of external cycles.

상기 양자 흡수부는, 상기 큐비트 상태 각각에 대한 흡수체를 통해 상기 큐비트 상태 각각을 따로 흡수할 수 있다.The quantum absorber may separately absorb each of the qubit states through an absorber for each of the qubit states.

상기 논리 매칭부는, 광자 오실레이터를 통해 상기 큐비트 상태를 순서대로 해석할 수 있다.The logic matching unit may sequentially interpret the states of the qubits through a photon oscillator.

상기 반사질적 논리 게이트부는, 상기 큐비트 상태들의 입력값을 기초로 상기 내부 싸이클의 동작이 상기 외부 싸이클의 동작을 막는 블록 게이트 혹은 비블록 게이트로 동작할 수 있다.The reflective logic gate unit may operate as a block gate or a non-block gate in which the operation of the inner cycle blocks the operation of the outer cycle based on input values of the qubit states.

반사질적 논리 게이트부는, 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 [수학식 1]과 같이 도출할 수 있다.The reflective logic gate unit may derive a result value corresponding to the qubit state as in [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기에서,

Figure pat00002
은 큐비트 상태 입력이 0,0인 경우 m 번의 내부 싸이클 후의 결과 값, M은 수행할 내부 싸이클의 횟수,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
이다.)(From here,
Figure pat00002
is the result value after m internal cycles when the qubit state input is 0,0, M is the number of internal cycles to be performed,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
to be.)

상기 반사질적 논리 게이트부는, 파울리 변형을 통해 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 다르게 산출할 수 있다.The reflective logic gate unit may differently calculate a result value corresponding to the qubit state through Pauli transformation.

실시예들 중에서, 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산방법은 복수개의 큐비트 상태들을 입력하는 큐비트 상태 입력 단계, 상기 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수하는 양자 흡수 단계, 상기 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트에 매칭시키는 논리 매칭 단계 및 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 산출하는 결과값 산출 단계를 포함할 수 있다.In embodiments, the calculation method using a semi-realistic general-purpose logic gate includes a qubit state input step of inputting a plurality of qubit states, a quantum absorption step of absorbing the qubit state to transfer the qubit states to a quantum channel. , a logic matching step of sequentially interpreting the state of the qubits input to the quantum channel to match the semi-realistic logic gate, and a result value calculating step of calculating a result value corresponding to the state of the qubit.

상기 복수개의 큐비트 상태들은, 독립적이고 이산적으로 정의되고, 상기 반사질적 논리 게이트의 분극화된 입자가 입력됨에 따라 양자 흡수부재에 입력될 수 있다.The plurality of qubit states may be independently and discretely defined, and may be input to the quantum absorbing member as the polarized particles of the reflective logic gate are input.

상기 큐비트 상태 입력 단계는, 외부 싸이클 및 내부 싸이클 순서로 상기 큐비트 상태를 입력하고 상기 내부 싸이클의 횟수가 상기 외부 싸이클의 횟수보다 클 수 있다.In the step of inputting the qubit state, the qubit state may be input in the order of an external cycle and an internal cycle, and the number of internal cycles may be greater than the number of external cycles.

상기 양자 흡수 단계는, 상기 큐비트 상태 각각에 대한 흡수체를 통해 상기 큐비트 상태 각각을 따로 흡수할 수 있다.In the quantum absorption step, each of the qubit states may be separately absorbed through an absorber for each of the qubit states.

상기 논리 매칭 단계는, 광자 오실레이터를 통해 상기 큐비트 상태를 순서대로 해석할 수 있다.In the logic matching step, the qubit states may be sequentially interpreted through a photon oscillator.

상기 결과값 산출 단계는, 상기 큐비트 상태들의 입력값을 기초로 상기 내부 싸이클의 동작이 상기 외부 싸이클의 동작을 막는 블록 게이트 혹은 비블록 게이트로 동작할 수 있다.In the calculating of the result value, the operation of the inner cycle may operate as a block gate or a non-block gate that blocks the operation of the outer cycle based on the input values of the qubit states.

상기 결과값 산출 단계는, 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 [수학식 1]과 같이 도출할 수 있다.In the step of calculating the result value, a result value corresponding to the qubit state may be derived as in [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

(여기에서,

Figure pat00007
은 큐비트 상태 입력이 0,0인 경우 m 번의 내부 싸이클 후의 결과 값, M은 수행할 내부 싸이클의 횟수,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
이다.)(From here,
Figure pat00007
is the result value after m internal cycles when the qubit state input is 0,0, M is the number of internal cycles to be performed,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
to be.)

상기 결과값 산출 단계는, 파울리 변형을 통해 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 다르게 산출할 수 있다.In the step of calculating the result value, the result value corresponding to the qubit state may be differently calculated through Pauli transformation.

실시예들 중에서, 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산방법은 3개 이상의 큐비트 상태들을 외부 싸이클 및 내부 싸이클 순서로 입력하는 큐비트 상태 입력 단계, 상기 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수하는 양자 흡수 단계, 상기 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트부에 매칭시키는 논리 매칭 단계 및 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 상이 내부 싸이클의 수행 횟수에 따라서 확률적으로 구별되도록 산출하는 결과값 산출 단계를 포함할 수 있다.Among the embodiments, the calculation method using a semi-realistic general-purpose logic gate includes a qubit state input step of inputting three or more qubit states in the order of an external cycle and an internal cycle, and the qubit state to transfer the qubit states to the quantum channel. A quantum absorption step of absorbing the bit state, a logic matching step of sequentially interpreting the qubit state input to the quantum channel to match the semi-realistic logic gate unit, and a different internal cycle of a result value corresponding to the qubit state It may include a step of calculating a result value that is calculated to be probabilistically distinguished according to the number of times performed.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트 및 이를 이용한 연산 방법은 반사실적 논리 게이트를 통해서 입자의 교환 없이 논리 게이트를 구현할 수 있다.A semi-realistic general-purpose logic gate and a calculation method using the same according to an embodiment of the present invention can implement a logic gate without exchanging particles through the semi-realistic logic gate.

본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트 및 이를 이용한 연산 방법은 기존의 반사실적 논리 게이트 보다 회로 구성에서 복잡성을 제거할 수 있다.The semi-realistic general-purpose logic gate and the calculation method using the same according to an embodiment of the present invention can eliminate complexity in circuit configuration compared to the conventional semi-realistic logic gate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트의 기능적 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 기존의 반사실적 논리 게이트를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트의 작동원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 이상의 큐비트 상태에 따른 반사실적 범용 논리 게이트의 작동원리를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트의 성공확률을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트의 입력 및 결과값을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
1 is a diagram illustrating a functional configuration of a semi-realistic general-purpose logic gate according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a conventional semi-realistic logic gate.
3 is a view for explaining the operating principle of a semi-realistic general-purpose logic gate according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining the operating principle of a semi-realistic general-purpose logic gate according to states of three or more qubits according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a success probability of a semi-realistic general-purpose logic gate according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating input and result values of a semi-realistic general-purpose logic gate according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a flowchart of an operation method using a semi-realistic general-purpose logic gate according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments of the present invention disclosed in the present specification or application are only exemplified for the purpose of describing the embodiments according to the present invention, and the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms. and should not be construed as being limited to the embodiments described in the present specification or application.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention with respect to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first and/or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one element from another element, for example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be called a second element, and similarly The second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Other expressions describing the relationship between elements, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers. , it should be understood that it does not preclude the existence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the context of the related art, and unless explicitly defined in the present specification, they are not to be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트(100)의 기능적 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 반사실적 범용 논리 게이트(100)는 큐비트 상태 입력부(110), 양자 흡수부(130), 논리 매칭부(150), 반사질적 논리 게이트부(170) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.1 is a diagram illustrating a functional configuration of a semi-realistic general-purpose logic gate 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , a semi-realistic general-purpose logic gate 100 includes a qubit state input unit 110 , a quantum absorber 130 , a logic matching unit 150 , a reflective logic gate unit 170 , and a control unit 190 . may include

큐비트 상태 입력부(110)는 복수개의 큐비트 상태들을 입력할 수 있다. 예를 들어, 큐비트 상태 입력부(110)는 Alice 및 Bob을 통해 2개의 큐비트 상태들을 인코딩할 수 있다. 본 발명에서 큐비트는 논리적 큐비트로 역할을 수행할 수 있고, 둘 이상의 큐비트 사이의 얽힘(entangling) 및 얽힘 해제(disentangling) 동작이 수행될 수 있다. 본 발명에서 복수개의 큐비트에 대해 논리적 연산 수행이 가능할 수 있다.The qubit state input unit 110 may input a plurality of qubit states. For example, the qubit state input unit 110 may encode two qubit states through Alice and Bob. In the present invention, qubits may serve as logical qubits, and entangling and disentangling operations between two or more qubits may be performed. In the present invention, it may be possible to perform logical operations on a plurality of qubits.

복수개의 큐비트 상태들은 독립적이고 이산적으로 정의되고, 반사질적 논리 게이트부의 분극화된 입자가 입력됨에 따라 양자 흡수부에 입력될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 큐비트 상태들은 Alice 및 Bob을 통해 입력될 수 있고, Alice 및 Bob은 각자 독립적으로 큐비트의 상태를 인코딩할 수 있다. 예를 들어, 반사실적 논리 게이트부의 Charlie는 수직 분극화된 입자를 광자 오실레이터에 전달할 수 있고, 해당 수직 분극화된 입자가 수신됨에 따라 Alice 및 Bob은 큐비트의 상태를 인코딩할 수 있다.A plurality of qubit states are independently and discretely defined, and may be input to the quantum absorber as the polarized particles of the reflective logic gate part are input. For example, a plurality of qubit states may be input through Alice and Bob, and Alice and Bob may each independently encode the state of a qubit. For example, Charlie of a semi-realistic logic gate can pass a vertically polarized particle to a photon oscillator, and Alice and Bob can encode the state of a qubit as the vertically polarized particle is received.

일 실시예에서, 큐비트 상태 입력부(110)는 외부 싸이클 및 내부 싸이클 순서로 상기 큐비트 상태를 입력하고 내부 싸이클의 횟수가 상기 외부 싸이클의 횟수보다 클 수 있다. 외부 싸이클은 M번 수행될 수 있고, Alice 및 Bob으로부터 인코딩 되는 큐비트 상태가 모두 0이고, NOR 게이트를 구현할 때, 외부 싸이클을 수행하는 중에 큐비트가 폐기될 확률은 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.In an embodiment, the qubit state input unit 110 may input the qubit state in the order of an external cycle and an internal cycle, and the number of internal cycles may be greater than the number of external cycles. The outer cycle can be performed M times, the states of qubits encoded from Alice and Bob are all 0, and when implementing the NOR gate, the probability that the qubits are discarded while performing the outer cycle is as shown in [Equation 1] can indicate

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00011
Figure pat00011

(여기에서,

Figure pat00012
는 큐비트가 폐기될 확률, M은 외부 싸이클을 수행하는 횟수,
Figure pat00013
이다.)(From here,
Figure pat00012
is the probability that the qubit will be discarded, M is the number of times an external cycle is performed,
Figure pat00013
to be.)

큐비트 상태 입력부(110)는 특정 기준 이상의 외부 싸이클 및 내부 싸이클을 수행하도록 하여 출력값 도출 확률을 높도록 유지할 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 도 5는 외부 싸이클 횟수 M 및 내부 싸이클 횟수 N에 따른 출력값 도출 확률을 나타낸 것으로, 싸이클의 횟수가 증가할수록 그 성공확률이 올라가는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 큐비트 상태 입력부(110)는 사용자의 설정에 따라서 특정 확률이상의 성공률을 보장하는 외부 싸이클 횟수 및 내부 싸이클 횟수를 결정할 수 있다. 구체적으로, 사용자가 90% 이상의 성공확률을 보장받을 수 있도록 결정하는 경우, 큐비트 상태 입력부(110)는 도 5에서 확인할 수 있는 0.9 분류 라인 이상의 높은 확률을 가지는 외부 싸이클 횟수 및 내부 싸이클 횟수를 결정할 수 있다.The qubit state input unit 110 may maintain a high output value derivation probability by performing an external cycle and an internal cycle exceeding a specific standard. For example, referring to FIG. 5 , FIG. 5 shows the output value derivation probability according to the number of external cycles M and the number of internal cycles N, and it can be seen that the success probability increases as the number of cycles increases. For example, the qubit state input unit 110 may determine the number of external cycles and internal cycles that guarantee a success rate greater than or equal to a specific probability according to a user's setting. Specifically, when it is determined that the user can be guaranteed a success probability of 90% or more, the qubit state input unit 110 determines the number of external and internal cycles having a high probability of 0.9 classification line or higher, which can be confirmed in FIG. 5 . can

다른 실시예에서, Alice에 의해 인코딩 되는 큐비트의 상태가 0, Bob에 의해 인코딩 되는 큐비트의 상태가 1인이고, NOR 게이트를 구현할 때, 외부 싸이클 및 내부 싸이클을 수행하는 중 큐비트가 폐기될 확률은 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.In another embodiment, the state of the qubit encoded by Alice is 0, the state of the qubit encoded by Bob is 1, and when implementing the NOR gate, the qubit is discarded while performing the outer cycle and inner cycle The probability can be expressed as [Equation 2].

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00014
Figure pat00014

(여기에서,

Figure pat00015
는 큐비트가 폐기될 확률, N은 내부 싸이클 횟수,
Figure pat00016
,
Figure pat00017
이다.)(From here,
Figure pat00015
is the probability that the qubit will be discarded, N is the number of internal cycles,
Figure pat00016
,
Figure pat00017
to be.)

다른 실시예에서, Bob의 인코딩 값과 상관없이, Alice에 의해 인코딩 되는 큐비트의 상태가 1인 경우이고, NOR 게이트를 구현할 때, 외부 싸이클 및 내부 싸이클을 수행하는 중 큐비트가 폐기될 확률은 상기 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.In another embodiment, regardless of Bob's encoding value, if the state of the qubit encoded by Alice is 1, and when implementing the NOR gate, the probability that the qubit will be discarded while performing the outer cycle and the inner cycle is It can be expressed as [Equation 2] above.

다른 실시예에서, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NAND 게이트와 같이 동작하는 경우, 큐비트가 폐기될 확률은 [수학식 3]과 같은 결과에 따라 결정될 수 있다.In another embodiment, when the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates like a NAND gate, the probability that the qubits are discarded may be determined according to the result of [Equation 3].

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

(여기에서,

Figure pat00020
는 입력이 0,0일 때 큐비트가 폐기될 확률,
Figure pat00021
는 입력이 1,1일 때 큐비트가 폐기될 확률이다.)(From here,
Figure pat00020
is the probability that the qubit will be discarded when the input is 0,0,
Figure pat00021
is the probability that the qubit will be discarded when the input is 1, 1.

양자 흡수부(130)는 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 반사실적 논리 게이트의 구조를 확인할 수 있다. 양자 흡수부(130)는 Alice 및 Bob의 입력으로부터 Charlie 출력 사이에 위치하는 양자 채널에 큐비트 상태를 전달하기 위해 해당 큐비트 상태를 흡수할 수 있다. The quantum absorber 130 may absorb the qubit states in order to transmit them to the quantum channel. Referring to FIGS. 2 and 3 , the structure of the reflective logic gate can be confirmed. The quantum absorber 130 may absorb the corresponding qubit state in order to transfer the qubit state to a quantum channel located between the input of Alice and Bob and the output of Charlie.

일 실시예에서, 양자 흡수부(130)는 큐비트 상태 각각에 대한 흡수체를 통해 상기 큐비트 상태 각각을 따로 흡수할 수 있다. 도 3을 참조하면, 양자 흡수부(130)는 Alice 및 Bob의 큐비트 상태를 각각의 별도의 흡수체를 통해서 흡수할 수 있다.In an embodiment, the quantum absorber 130 may separately absorb each of the qubit states through an absorber for each of the qubit states. Referring to FIG. 3 , the quantum absorber 130 may absorb the qubit states of Alice and Bob through separate absorbers.

논리 매칭부(150)는 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트부에 매칭시킬 수 있다. 예를 들어, 논리 매칭부(150)는 Alice의 입력에 따라서 Bob의 입력을 고려할 지 판단할 수 있고, 반대로 Bob의 입력에 따라서 Alice의 입력을 고려할 지 판단할 수 있다. 구체적으로, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NOR 게이트로 동작할 때, Alice의 입력이 1인 경우, Bob의 입력에 상관없이 출력값이 결정될 수 있다. 또한, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NAND 게이트로 동작할 때, Bob의 입력이 0인 경우, Alice의 입력에 상관없이 출력값이 결정될 수 있다.The logic matching unit 150 may interpret the states of the qubits input to the quantum channel in order to match them with the semi-realistic logic gate unit. For example, the logic matching unit 150 may determine whether to consider Bob's input according to Alice's input, and conversely may determine whether to consider Alice's input according to Bob's input. Specifically, when the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NOR gate, if Alice's input is 1, the output value may be determined regardless of Bob's input. Also, when the semi-realistic general purpose logic gate 100 operates as a NAND gate, when Bob's input is 0, the output value can be determined regardless of Alice's input.

일 실시예에서, 논리 매칭부(150)는 광자 오실레이터를 통해 큐비트 상태를 순서대로 해석할 수 있다. 광자 오실레이터는 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 어떤 역할을 수행하는지에 따라서 해석할 큐비트의 순서를 결정할 수 있다. 예를 들어, 광자 오실레이터는 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NOR 게이트로 동작할 때, Alice의 입력을 먼저 고려할 수 있고, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NAND 게이트로 동작할 때, Bob의 입력을 먼저 고려할 수 있다.In an embodiment, the logic matching unit 150 may sequentially interpret the qubit states through the photon oscillator. The photon oscillator can determine the order of qubits to be interpreted according to the role of the semi-realistic general-purpose logic gate 100 . For example, the photon oscillator may consider Alice's input first, when the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NOR gate, and Bob's The input can be considered first.

반사실적 논리 게이트부(170)는 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 산출할 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트(100)의 입력 및 출력값을 확인할 수 있다. The semi-realistic logic gate unit 170 may calculate a result value corresponding to the state of the qubit. Referring to FIG. 6 , input and output values of the semi-realistic general-purpose logic gate 100 according to an embodiment of the present invention can be confirmed.

일 실시예에서, 내부 싸이클의 동작은, 큐비트 상태들의 입력값을 기초로 외부 싸이클의 동작을 막는 블록 게이트 혹은 비블록 게이트로 동작할 수 있다. 예를 들어, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NOR 게이트로 동작하고 Alice의 입력 및 Bob의 입력이 0인 경우, 내부 싸이클의 동작은 블록 게이트로서 동작할 수 있다. 다른 예를 들어, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NOR 게이트로 동작하고 Alice의 입력은 0, Bob의 입력이 1인경우, 내부 싸이클의 동작은 비블록 게이트로서 동작할 수 있다. 다른 예를 들어, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NOR 게이트로 동작하고 Alice의 입력이 1인 경우, Bob의 입력과 관계없이, 내부 싸이클의 동작은 비블록 게이트로서 동작할 수 있다.In an embodiment, the operation of the inner cycle may operate as a block gate or a non-block gate that blocks the operation of the outer cycle based on input values of qubit states. For example, if the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NOR gate and Alice's input and Bob's input are zero, the operation of the inner cycle may operate as a block gate. As another example, if the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NOR gate and Alice's input is 0 and Bob's input is 1, the operation of the inner cycle may operate as a non-blocking gate. As another example, if the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NOR gate and Alice's input is 1, the operation of the inner cycle may operate as a non-blocking gate, regardless of Bob's input.

일 실시예에서, 반사실적 논리 게이트부(170)는 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 [수학식 4]와 같이 도출할 수 있다.In an embodiment, the semi-realistic logic gate unit 170 may derive a result value corresponding to the qubit state as in [Equation 4].

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00022
Figure pat00022

(여기에서,

Figure pat00023
은 큐비트 상태 입력이 0,0인 경우 m 번의 외부 싸이클 후의 결과 값, M은 수행할 외부 싸이클의 횟수,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
이다.)(From here,
Figure pat00023
is the result value after m external cycles when the qubit state input is 0,0, M is the number of external cycles to be performed,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
to be.)

좀 더 상게하게는, 반사실적 논리 게이트부(170)가 NOR 게이트로 동작하고, Alice 및 Bob의 입력이 0이고 M이 충분히 큰 경우, 결과 값은 1이 될 수 있다. 다른 예를 들어, 반사실적 논리 게이트부(170)가 NOR 게이트로 동작하고, Alice의 입력이 0이고 Bob의 입력이 1인 경우, [수학식 5]에 따라 결과 값이 도출될 수 있다.Worse still, if the semi-realistic logic gate unit 170 operates as a NOR gate, and the inputs of Alice and Bob are 0 and M is sufficiently large, the resulting value may be 1. As another example, when the semi-realistic logic gate unit 170 operates as a NOR gate, and Alice's input is 0 and Bob's input is 1, a result value may be derived according to [Equation 5].

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00027
Figure pat00027

(여기에서,

Figure pat00028
은 큐비트 상태 입력이 0,1인 경우 m 번의 외부 싸이클 후의 결과 값, M은 수행할 외부 싸이클의 횟수,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
이다.)(From here,
Figure pat00028
is the result value after m external cycles when the qubit state input is 0,1, M is the number of external cycles to be performed,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
to be.)

다른 예를 들어, 반사실적 논리 게이트부(170)가 NOR 게이트로 동작하고, Alice의 입력이 1인 경우, Bob의 입력과 관계없이 [수학식6]과 같은 관계에 따라 결과 값이 도출될 수 있다.As another example, if the semi-realistic logic gate unit 170 operates as a NOR gate and Alice's input is 1, a result value can be derived according to the relationship shown in [Equation 6] regardless of Bob's input. have.

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00032
Figure pat00032

(여기에서,

Figure pat00033
는 큐비트 상태 입력이 1,Y인 경우 m 번의 외부 싸이클 후의 결과 값,
Figure pat00034
는 큐비트 상태 입력이 0,1인 경우 m 번의 외부 싸이클 후의 결과 값이다.)(From here,
Figure pat00033
is the result value after m external cycles when the qubit state input is 1, Y,
Figure pat00034
is the result value after m external cycles when the qubit state input is 0,1.)

일 실시예에서, 반사실적 논리 게이트부(170)는 파울리 변형을 통해 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 다르게 산출할 수 있다. 예를 들어, 반사실적 논리 게이트부(170)는 파울리 변형을 통해, 반사실적 범용 논리 게이트(100)의 동작을 NOR 게이트에서 NAND로 변경할 수 있다. 파울리 변형은 입력 값의 방향을 회전시키는 위상 변화 방법에 해당할 수 있다. 예를 들어, 파울리 변형(

Figure pat00035
)은 도 3과 같이 Alice 및 Bob의 입력 그리고 반사실적 논리게이트 후단에서 적용될 수 있다.In an embodiment, the reflective logic gate unit 170 may differently calculate a result value corresponding to the qubit state through Pauli transformation. For example, the reflective logic gate unit 170 may change the operation of the reflective general-purpose logic gate 100 from a NOR gate to a NAND gate through Pauli transformation. The Pauli transformation may correspond to a phase change method that rotates the direction of an input value. For example, the Pauli variant (
Figure pat00035
) can be applied to the inputs of Alice and Bob and the rear end of the semi-realistic logic gate as shown in FIG. 3 .

예를 들어, 반사실적 논리 게이트부(170)가 NAND 게이트로 동작하는 경우, [수학식 7]에 따라 결과 값이 도출될 수 있다.For example, when the reflective logic gate unit 170 operates as a NAND gate, a result value may be derived according to [Equation 7].

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00036
Figure pat00036

Figure pat00037
Figure pat00037

(여기에서,

Figure pat00038
는 입력이 0,0일 때 m번의 외부 싸이클 후의 결과 값,
Figure pat00039
는 입력이 1,1일 때 m번의 외부 싸이클 후의 결과 값이다.)(From here,
Figure pat00038
is the result value after m external cycles when the input is 0,0,
Figure pat00039
is the result value after m external cycles when the input is 1,1.)

제어부(190)는 반사실적 범용 논리 게이트(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 큐비트 상태 입력부(110), 양자 흡수부(130), 논리 매칭부(150) 및 반사질적 논리 게이트부(170) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.The controller 190 controls the overall operation of the reflective general purpose logic gate 100 , and includes a qubit state input unit 110 , a quantum absorber 130 , a logic matching unit 150 , and a reflective logic gate unit 170 . It can manage the control flow or data flow between them.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 이상의 큐비트 상태에 따른 반사실적 범용 논리 게이트의 작동원리를 설명하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법은 3개 이상의 큐비트 상태들을 외부 싸이클 및 내부 싸이클 순서로 입력하는 큐비트 상태 입력 단계, 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 큐비트 상태를 흡수하는 양자 흡수 단계, 양자 채널에 입력된 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트부에 매칭시키는 논리 매칭 단계 및 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 내부 싸이클의 수행 횟수에 따라서 확률적으로 구별되도록 산출하는 결과값 산출 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결과값 산출 단계에서, 상기 [수학식 4] 내지 [수학식 6]과 같이, 내부 싸이클의 수행 횟수에 따라서 그 결과 값이 상이할 수 있고, 이는 도 5에서 확률적으로 확인할 수 있다.4 is a diagram for explaining the operating principle of a semi-realistic general-purpose logic gate according to states of three or more qubits according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4 , the calculation method using a semi-realistic general-purpose logic gate includes a qubit state input step of inputting three or more qubit states in the order of an external cycle and an internal cycle, and a qubit state to transfer the qubit states to the quantum channel. The quantum absorption step of absorbing the state, the logic matching step of interpreting the qubit state input to the quantum channel in order to match the semi-realistic logic gate unit, and the result value corresponding to the qubit state according to the number of executions of the internal cycle It may include a step of calculating a result value that is calculated to be probabilistically distinguished. For example, in the step of calculating the result value, as in [Equation 4] to [Equation 6], the result value may be different depending on the number of times the internal cycle is performed, which can be confirmed probabilistically in FIG. have.

일 실시예에서, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NOR게이트로 동작하고, 3개 이상의 큐비트 상태가 입력되는 경우, [수학식 8]에 대응되는 결과 값을 가질 수 있다.In an embodiment, when the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NOR gate and three or more qubit states are input, it may have a result value corresponding to [Equation 8].

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00040
Figure pat00040

Figure pat00041
Figure pat00041

(여기에서,

Figure pat00042
는 입력 큐비트가 모두 0인 경우 결과 값,
Figure pat00043
는 입력 큐비트 중 어느 하나라도 1이 있는 경우 결과 값이다.)(From here,
Figure pat00042
is the result value when all input qubits are 0,
Figure pat00043
is the result value if any of the input qubits is 1.)

일 실시예에서, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NOR게이트로 동작하고, 3개 이상의 큐비트 상태가 입력되는 경우, [수학식 9]에 대응되는 큐비트가 폐기될 확률을 가질 수 있다.In an embodiment, when the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NOR gate and three or more qubit states are input, the qubit corresponding to [Equation 9] may have a probability of being discarded.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00044
Figure pat00044

Figure pat00045
Figure pat00045

(여기에서,

Figure pat00046
는 입력 큐비트가 모두 0인 경우 큐비트가 폐기될 확률,
Figure pat00047
는 입력 큐비트 중 어느 하나라도 1이 있는 경우 큐비트가 폐기될 확률이다.)(From here,
Figure pat00046
is the probability that a qubit will be discarded if all input qubits are 0,
Figure pat00047
is the probability that the qubit will be discarded if any of the input qubits are 1.

일 실시예에서, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NAND게이트로 동작하고, 3개 이상의 큐비트 상태가 입력되는 경우, [수학식 10]에 대응되는 결과 값을 가질 수 있다.In an embodiment, when the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NAND gate and three or more qubit states are input, a result value corresponding to [Equation 10] may be obtained.

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00048
Figure pat00048

Figure pat00049
Figure pat00049

(여기에서,

Figure pat00050
는 입력 큐비트 중 어느 하나라도 0이 있는 경우의 결과 값,
Figure pat00051
는 입력 큐비트가 모두 1인 경우 결과 값이다.)(From here,
Figure pat00050
is the result value when any of the input qubits is 0,
Figure pat00051
is the result value when all input qubits are 1.)

일 실시예에서, 반사실적 범용 논리 게이트(100)가 NAND게이트로 동작하고, 3개 이상의 큐비트 상태가 입력되는 경우, [수학식 11]에 대응되는 큐비트가 폐기될 확률을 가질 수 있다.In an embodiment, when the semi-realistic general-purpose logic gate 100 operates as a NAND gate and three or more qubit states are input, the qubit corresponding to [Equation 11] may have a probability of being discarded.

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00052
Figure pat00052

Figure pat00053
Figure pat00053

(여기에서,

Figure pat00054
는 입력 큐비트 중 어느 하나라도 0이 있는 경우 큐비트가 폐기될 확률,
Figure pat00055
는 입력 큐비트 모두 1인 경우 큐비트가 폐기될 확률이다.)(From here,
Figure pat00054
is the probability that a qubit will be discarded if any of the input qubits are zero,
Figure pat00055
is the probability that the qubit will be discarded if all of the input qubits are 1.)

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a flowchart of an operation method using a semi-realistic general-purpose logic gate according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법은 큐비트 상태 입력 단계에서 복수개의 큐비트 상태들을 입력할 수 있다(S710).Referring to FIG. 7 , in the calculation method using the semi-realistic general purpose logic gate, a plurality of qubit states may be input in the qubit state input step ( S710 ).

반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법은 양자 흡수 단계에서 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수할 수 있다(S730).The computation method using the semi-realistic general purpose logic gate can absorb the qubit state in order to transfer the states to the quantum channel in the quantum absorption step (S730).

반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법은 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트에 매칭시킬 수 있다(S750).The calculation method using the semi-realistic general-purpose logic gate may interpret the states of the qubits input to the quantum channel in order to match them to the semi-realistic logic gate ( S750 ).

반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법은 결과값 산출 단계에서 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 산출할 수 있다(S770).The calculation method using the semi-realistic general purpose logic gate may calculate a result value corresponding to the qubit state in the result value calculation step (S770).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.

100: 반사실적 범용 논리 게이트
110: 큐비트 상태 입력부 130: 양자 흡수부
150: 논리 매칭부 170: 반사실적 논리 게이트부
190: 제어부
100: semi-realistic general purpose logic gate
110: qubit state input unit 130: quantum absorption unit
150: logic matching unit 170: semi-realistic logic gate unit
190: control unit

Claims (17)

복수개의 큐비트 상태들을 입력하는 큐비트 상태 입력부;
상기 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수하는 양자 흡수부;
상기 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트부에 매칭시키는 논리 매칭부; 및
상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 산출하는 반사질적 논리 게이트부를 포함하는 반사실적 범용 논리 게이트.
a qubit state input unit for inputting a plurality of qubit states;
a quantum absorber for absorbing the qubit state to transfer the qubit state to the quantum channel;
a logic matching unit that sequentially interprets the state of the qubits input to the quantum channel and matches the state of the semi-realistic logic gate; and
and a reflective logic gate unit for calculating a result value corresponding to the state of the qubit.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 큐비트 상태들은,
독립적이고 이산적으로 정의되고, 상기 반사질적 논리 게이트부의 분극화된 입자가 입력됨에 따라 상기 양자 흡수부에 입력되는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트.
According to claim 1,
The plurality of qubit states are
A reflective general purpose logic gate defined independently and discretely, wherein the polarized particles of the reflective logic gate are input to the quantum absorber as they are input.
제1항에 있어서,
상기 큐비트 상태 입력부는,
외부 싸이클 및 내부 싸이클 순서로 상기 큐비트 상태를 입력하고 상기 내부 싸이클의 횟수가 상기 외부 싸이클의 횟수보다 큰 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트.
According to claim 1,
The qubit state input unit,
The semi-realistic general purpose logic gate, characterized in that the qubit states are input in the order of an outer cycle and an inner cycle, and the number of the inner cycles is greater than the number of the outer cycles.
제1항에 있어서,
상기 양자 흡수부는,
상기 큐비트 상태 각각에 대한 흡수체를 통해 상기 큐비트 상태 각각을 따로 흡수하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트.
According to claim 1,
The quantum absorption unit,
and absorbing each of the qubit states separately through an absorber for each of the qubit states.
제1항에 있어서,
상기 논리 매칭부는,
광자 오실레이터를 통해 상기 큐비트 상태를 순서대로 해석하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트.
According to claim 1,
The logic matching unit,
A semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that it sequentially interprets the states of the qubits through a photon oscillator.
제3항에 있어서,
상기 내부 싸이클의 동작은,
상기 큐비트 상태들의 입력값을 기초로 상기 외부 싸이클의 동작을 막는 블록 게이트 혹은 비블록 게이트로 동작하도록 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트.
4. The method of claim 3,
The operation of the inner cycle is,
The semi-realistic general purpose logic gate of claim 1, wherein the gate operates as a block gate or a non-block gate that blocks the operation of the external cycle based on the input values of the qubit states.
제3항에 있어서,
상기 반사질적 논리 게이트부는,
상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 [수학식 1]과 같이 도출하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트.
[수학식 1]
Figure pat00056

(여기에서,
Figure pat00057
은 큐비트 상태 입력이 0,0인 경우 m 번의 내부 싸이클 후의 결과 값, M은 수행할 내부 싸이클의 횟수,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
이다.)
4. The method of claim 3,
The reflective logic gate part,
A semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that a result value corresponding to the qubit state is derived as in [Equation 1].
[Equation 1]
Figure pat00056

(From here,
Figure pat00057
is the result value after m internal cycles when the qubit state input is 0,0, M is the number of internal cycles to be performed,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
to be.)
제1항에 있어서,
상기 반사질적 논리 게이트부는,
파울리 변형을 통해 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 다르게 산출하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트.
According to claim 1,
The reflective logic gate part,
A semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that the result value corresponding to the qubit state is calculated differently through Pauli transformation.
복수개의 큐비트 상태들을 입력하는 큐비트 상태 입력 단계;
상기 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수하는 양자 흡수 단계;
상기 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트에 매칭시키는 논리 매칭 단계; 및
상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 산출하는 결과값 산출 단계를 포함하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
a qubit state input step of inputting a plurality of qubit states;
a quantum absorption step of absorbing the qubit state to transfer the qubit state to a quantum channel;
a logic matching step of sequentially interpreting the state of the qubits input to the quantum channel and matching them to a semi-realistic logic gate; and
and calculating a result value of calculating a result value corresponding to the state of the qubit.
제9항에 있어서,
상기 복수개의 큐비트 상태들은,
독립적이고 이산적으로 정의되고, 상기 반사질적 논리 게이트의 분극화된 입자가 입력됨에 따라 양자 흡수부재에 입력되는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
10. The method of claim 9,
The plurality of qubit states are
A calculation method using a reflective general-purpose logic gate, which is defined independently and discretely and is input to a quantum absorbing member as the polarized particles of the reflective logic gate are input.
제9항에 있어서,
상기 큐비트 상태 입력 단계는,
외부 싸이클 및 내부 싸이클 순서로 상기 큐비트 상태를 입력하고 상기 내부 싸이클의 횟수가 상기 외부 싸이클의 횟수보다 큰 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
10. The method of claim 9,
The qubit state input step includes:
An operation method using a semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that the qubit state is input in the order of an external cycle and an internal cycle, and the number of the internal cycle is greater than the number of the external cycle.
제9항에 있어서,
상기 양자 흡수 단계는,
상기 큐비트 상태 각각에 대한 흡수체를 통해 상기 큐비트 상태 각각을 따로 흡수하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
10. The method of claim 9,
The quantum absorption step is
A calculation method using a semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that each of the qubit states is separately absorbed through an absorber for each of the qubit states.
제9항에 있어서,
상기 논리 매칭 단계는,
광자 오실레이터를 통해 상기 큐비트 상태를 순서대로 해석하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
10. The method of claim 9,
The logical matching step is
A calculation method using a semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that the qubit states are sequentially interpreted through a photon oscillator.
제11항에 있어서,
상기 내부 싸이클의 동작은,
상기 큐비트 상태들의 입력값을 기초로 상기 외부 싸이클의 동작을 막는 블록 게이트 혹은 비블록 게이트로 동작하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
12. The method of claim 11,
The operation of the inner cycle is,
A calculation method using a semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that it operates as a block gate or a non-block gate that blocks the operation of the external cycle based on the input values of the qubit states.
제11항에 있어서,
상기 결과값 산출 단계는,
상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 [수학식 1]과 같이 도출하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
[수학식 1]
Figure pat00061

(여기에서,
Figure pat00062
은 큐비트 상태 입력이 0,0인 경우 m 번의 내부 싸이클 후의 결과 값, M은 수행할 내부 싸이클의 횟수,
Figure pat00063
,
Figure pat00064
,
Figure pat00065
이다.)
12. The method of claim 11,
The step of calculating the result value is
A calculation method using a semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that a result value corresponding to the qubit state is derived as in [Equation 1].
[Equation 1]
Figure pat00061

(From here,
Figure pat00062
is the result value after m internal cycles when the qubit state input is 0,0, M is the number of internal cycles to be performed,
Figure pat00063
,
Figure pat00064
,
Figure pat00065
to be.)
제9항에 있어서,
상기 결과값 산출 단계는,
파울리 변형을 통해 상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 다르게 산출하는 것을 특징으로 하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
10. The method of claim 9,
The step of calculating the result value is
A calculation method using a semi-realistic general-purpose logic gate, characterized in that the result value corresponding to the qubit state is differently calculated through Pauli transformation.
3개 이상의 큐비트 상태들을 외부 싸이클 및 내부 싸이클 순서로 입력하는 큐비트 상태 입력 단계;
상기 큐비트 상태 들을 양자 채널에 전달하기 위해 상기 큐비트 상태를 흡수하는 양자 흡수 단계;
상기 양자 채널에 입력된 상기 큐비트 상태를 순서에 따라 해석하여 반사실적 논리 게이트부에 매칭시키는 논리 매칭 단계; 및
상기 큐비트 상태에 대응하는 결과 값을 상기 내부 싸이클의 수행 횟수에 따라서 확률적으로 구별되도록 산출하는 결과값 산출 단계를 포함하는 반사실적 범용 논리 게이트를 이용한 연산 방법.
A qubit state input step of inputting three or more qubit states in the order of an outer cycle and an inner cycle;
a quantum absorption step of absorbing the qubit state to transfer the qubit state to a quantum channel;
a logic matching step of sequentially interpreting the state of the qubits input to the quantum channel and matching them to a semi-realistic logic gate unit; and
and calculating a result value corresponding to the qubit state to be probabilistically distinguished according to the number of executions of the internal cycle.
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KR20090127495A (en) 2008-06-09 2009-12-14 충북대학교 산학협력단 Multiple qubit logic gate
KR20150087247A (en) * 2012-10-26 2015-07-29 노스롭 그루먼 시스템즈 코포레이션 Efficient toffoli state generation from low-fidelity single qubit magic states
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